Dịch vụ điện toán đám mây thường cung cấp các trực tuyến ứng dụng doanh nghiệp thông dụng, có thể truy xuất qua trình duyệt web trong khi phần mềm và dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ củ
Trang 1TIỂU LUẬN MÔN HỌCĐIỆN TOÁN LƯỚI VÀ ĐÁM MÂY
ĐỀ TÀI:
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
VÀ GOOGLE APP ENGINE
GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi KhứHV: Nguyễn Thành ThiệnMSHV: CH1301059
TP.HCM – 2014
Mục Lục
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, đối với các công ty, doanh nghiệp, việc quản lý tốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bài toán được ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho
họ Để có thể quản lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu các doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa, … Ngoài ra họ còn phải tính toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị; phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính sẵn sàng cao của dữ liệu
Từ một bài toán điển hình như vậy, chúng ta thấy được rằng nếu có một nơi tin cậy giúp các doanh nghiệp quản lý tốt nguồn dữ liệu đó, các doanh nghiệp sẽ không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công việc kinh doanh của họ thì sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợi nhuận ngày càng cao hơn Thuật ngữ “cloud computing” ra đời bắt nguồn từ một trong những hoàn cảnh như vậy
Thuật ngữ “cloud computing” còn được bắt nguồn từ ý tưởng đưa tất cả mọi thứ như dữ liệu, phần mềm, tính toán, … lên trên mạng Internet Chúng ta
sẽ không còn trông thấy các máy PC, máy chủ của riêng các doanh nghiệp để lưu trữ dữ liệu, phần mềm nữa mà chỉ còn một số các “máy chủ ảo” tập trung
ở trên mạng Các “máy chủ ảo” sẽ cung cấp các dịch vụ giúp cho doanh nghiệp có thể quản lý dữ liệu dễ dàng hơn, họ sẽ chỉ trả chi phí cho lượng sử dụng dịch vụ của họ, mà không cần phải đầu tư nhiều vào cơ sở hạ tầng cũng như quan tâm nhiều đến công nghệ Xu hướng này sẽ giúp nhiều cho các công
ty, doanh nghiệp vừa và nhỏ mà không có cơ sở hạ tầng mạng, máy chủ để lưu trữ, quản lý dữ liệu tốt
Bài thu hoạch này em xin trình bày lý thuyết về điện toán đám mây và triển khai một ứng dụng của nó
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Phi Khứ
đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho chúng em về môn học “Điện Toán Lưới Và Đám Mây”
Do thời gian sưu tầm tài liệu không nhiều và trình độ nhận thức của em còn hạn chế nên bài viết của em không tránh khỏi những sai sót và bất cập,
em rất mong nhận được sự nhận xét của thầy để bài thu hoạch của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn
Trang 4CHƯƠNG I
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
I Tổng quan về điện toán đám mây
Theo Ian Foster ( thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Argonne - Mỹ):
“Điện toán đám mây là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn hướng
về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet”
“Điện toán đám mây là một dạng thức điện toán cung cấp các tài nguyên ảo hóa
và có quy mô dưới dạng dịch vụ qua mạng Internet Người dùng không cần tới những kiến thức chuyên môn để quản lý hạ tầng công nghệ này bởi phần việc đó là dành cho các nhà cung cấp dịch vụ”
“Điện toán đám mây là sự kết hợp giữa các khái niệm: Hạ tầng hướng dịch vụ (IaaS), Nền tảng hướng dịch vụ (PaaS), Phần mềm hướng dịch vụ (SaaS) và một số khái niệm công nghệ mới Dịch vụ điện toán đám mây thường cung cấp các trực tuyến ứng dụng doanh nghiệp thông dụng, có thể truy xuất qua trình duyệt web trong khi phần mềm và dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ của nhà cung cấp”.2
Kết hợp với việc tìm hiểu và tham khảo các khái niệm của các nhà nghiên cứu đã nêu trên, em cũng đưa ra một khái niệm về điện toán đám mây như sau :
“Điện toán đám mây là một dạng mô hình điện toán có tính co giãn, mọi cơ sở hạ tầng, phần mềm đều được ảo hóa thành các dạng dịch vụ mà người dùng có thể sử dụng với lưu lượng tùy theo nhu cầu của mình qua đó mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho người sử dụng cũng như đẩy nhanh quá trình triển khai các hệ thống vốn rất mất thời gian khi còn áp dụng mô hình cũ”
Trang 5Hình I.1 - Mọi thứ đều tập trung vào đám mây
Lịch sử xuất hiện của điện toán đám mây:
Thuật ngữ điện toán đám mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới (grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (utility computing) và phần mềm dịch vụ (SaaS)
Điện toán lưới đặt trọng tâm vào việc di chuyển một tải công việc (workload) đến địa điểm của các tài nguyên điện toán cần thiết để sử dụng Một lưới là một nhóm máy chủ mà trên đó nhiệm vụ lớn được chia thành những tác vụ nhỏ để chạy song song, được xem là một máy chủ ảo
Với điện toán đám mây, các tài nguyên điện toán như máy chủ có thể được định hình động hoặc cắt nhỏ từ cơ sở hạ tầng phần cứng nền và trở nên sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ, hỗ trợ những môi trường không phải là điện toán lưới như Web ba lớp chạy các ứng dụng truyền thống hay ứng dụng Web 2.0
Kiến trúc tổng quát của điện toán đám mây:
Trang 6Hình I.2 – Kiến trúc tổng quan điện toán đám mây
Kiến trúc của điện toán đám mây bao gồm 3 tầng :
• Hệ thống hướng dịch vụ ( Infrastructure as Service )
• Nền tảng hướng dịch vụ ( Platform as Service)
• Phần mềm hướng dịch vụ ( Software as Service)
Các hình thức triển khai của điện toán đám mây: dựa vào nhu cầu của người dùng cũng như của phía nhà cung cấp mà hình thành nên bốn phương thức triển khai điện toán đám mây trong thực tế :
• Đám mây công cộng ( Public Cloud)
• Đám mây cá nhân ( Private Cloud)
• Đám mây lai ( Hybrid Cloud)
• Đám mây cộng đồng ( Community Cloud)
Điện toán đám mây đang được phát động bới nhiều nhà cung cấp, trong đó có Amazon, Google, DataSynapse, và Salesforce cũng như những nhà cung cấp truyền thống như Sun Microsystems, HP, IBM, Intel và Microsoft Nó đang được nhiều người dùng cá nhân cho đến những công ty lớn như General Electric, L’Oréal, Procter
& Gamble và Valeo chấp nhận và sử dụng
2 Ưu điểm của điện toán đám mây.
Tiết kiệm và giảm chi phí: chi phí đầu tư ban đầu về cơ sở hạ tầng, máy móc và nguồn nhân lực của người sử dụng điện toán đám mây được giảm đến mức thấp nhất Khi khách hàng ngừng sử dụng dịch vụ thì tài nguyên sẽ được nhà cung cấp giải
Trang 7phóng và cho khách hàng khác thuê lại Khách hàng sẽ tận dụng được nguồn vốn dùng để đầu từ cho thiết bị cho các công việc kinh doanh khác
Tốc độ xử lý nhanh: người dùng của dịch vụ điện toán đám mây sẽ tận dụng được sức mạnh mà các siêu máy tính của nhà cung cấp mang lại
Đa phương tiện: không còn phụ thuộc vào thiết bị và vị trí địa lý, điện toán đám mây cho phép người dùng truy cập và sử dụng hệ thống thông qua trình duyệt web ở bất kỳ đâu và trên bất kỳ thiết bị nào mà họ sử dụng (chẳng hạn là PC hoặc là điện thoại di động, v.v )
Chia sẻ tài nguyên và chi phí trên một địa bàn rộng lớn, mang lại các lợi ích cho người dùng như:
• Công suất xử lý nhanh hơn do tài nguyên được tập trung Ngoài ra, người dùng không cần phải đầu tư về nguồn nhân lực quản lý hệ thống
• Khả năng khai thác và hiệu suất được cài thiện hơn 10-20% so với hệ thống máy tính cá nhân thông thường
Độ tin cậy cao: điện toán đám mây không chỉ giành cho người dùng phổ thông,
mà còn phù hợp với các yêu cầu cao và liên tục của các công ty kinh doanh và các nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, một vài dịch vụ lớn của điện toán đám mây đôi khi rơi vào trạng thái quá tải, khiến hoạt động bị ngưng trệ Khi rơi vào trạng thái này, người dùng không có khả năng để xử lý các sự cố mà phải nhờ vào các chuyên gia từ đám mây tiến hành xử lý
Tính co giãn: khả năng mở rộng, co giãn các tài nguyên giúp khách hàng dễ dàng
cơ cấu lại hoạt động của mình khi có sự thay đổi về quy mô cũng như phương thức hoạt động
Bảo mật: khả năng bảo mật được cài thiện do sự tập trung về dữ liệu
Bảo trì và sửa chữa: các ứng dụng của điện toán đám mây dễ dàng để sửa chữa hơn bởi lẽ chúng không được cài đặt cố định trên một máy tính nào và có đội ngũ chuyên gia trong ngành chịu trách nhiệm về vấn đề bảo trì, sửa chữa
Thống kê tài nguyên: tài nguyên sử dụng của điện toán đám mây luôn được quản
lý và thống kê trên từng khách hàng và ứng dụng, theo từng ngày, từng tuần, từng tháng Điều này đảm bảo cho việc định lượng giá cả của mỗi dịch vụ do điện toán đám mây cung cấp để người dùng có thể lựa chọn phù hợp
3 Nhược điểm của điện toán đám mây
Phụ thuộc vào nhà cung cấp:
• Ngày nay, khả năng tương tác giữa các nền tảng khác nhau của các phần mềm
đã được cải thiện, nhưng các hàm API (Application Programming Interface) của điện toán đám mây vẫn chưa được chuẩn hóa nên nếu một người dùng viết một ứng dụng trên nền tảng của nhà cung cấp dịch vụ thì ứng dụng đó không thể chạy được trên nền tảng của nhà cung cấp dịch vụ khác Như vậy người dùng phụ thuộc nhà cung cấp dịch vụ là điều bất lợi
Trang 8• Nếu các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cùng nhau chuẩn hóa API thì người dùng có thể phát triển ứng dụng trên nền tảng của nhiều nhà cung cấp dịch vụ Khi hệ thống cung cấp dịch vụ nào đó gặp sự cố thì dữ liệu người dùng không mất vì nó đã nằm đâu đó trên hệ thống của các nhà cung cấp dịch
vụ khác
Bảo mật và kiểm tra dữ liệu:
• Dữ liệu lưu trên đám mây có an toàn không? Nhưng chắc chắn rằng xác suất
bị người khác khác truy xuất rất cao, đây thực sự là một thách thức trong bảo mật dữ liệu Trước hết người dùng phải mã hóa dữ liệu trước khi đưa lên đám mây để lưu trữ, khi sử dụng tất nhiên phải giải mã trên PC của họ Người dùng ghi nhận thông tin hệ thống đã xử lý cùng với sử dụng các hệ điều hành ảo khi cung cấp dịch vụ IaaS sẽ làm cho ứng dụng của mình khó bị tấn công hơn
Tắc nghẽn trên đường truyền dữ liệu và hiệu quả PC:
• Có những ứng dụng khi bắt đầu chạy thì dữ liệu ít, càng về sau dữ liệu càng nhiều, có ứng dụng chạy trên Cloud và có thể lưu ở các vị trí khác nhau, khi chạy ứng dụng này phát sinh “vận chuyển dữ liệu giữa các data center” Người dùng phải trả phí vận chuyển dữ liệu giữa các data center, ứng dụng chạy càng
về sau thì chi phí này càng tăng lên, đây là điều phải cân nhắc
• Khi nhiều máy tính ảo cùng chạy, thì vấn đề chia sẽ về CPU hay bộ nhớ đạt hiệu quả cao, nhưng vấn đề giao tiếp IO của các máy ảo này gây ra nhiều vấn
đề liên quan đến hiệu suất máy tính
Nhu cầu lưu trữ người dùng:
• Mặc dù điện toán đám mây đáp ứng linh hoạt nhu cầu lưu trữ của người nhưng lại gây khó khăn trong quản lý hệ thống lưu trữ, chẳng hạn một người sử dụng mua một khoảng dung lượng thì phải cung cấp cho người đó bao nhiêu là tối
ưu, vừa đủ cho người dùng hay nhiều hơn yêu cầu, nếu cơ chế quản lý không phù hợp sẽ dẫn đến tình trạng phân mảnh dữ liệu, dẫn đến quá trình truy xuất
sẽ khó khắn hơn.Như vậy, làm sao tạo ra một hệ thống lưu trữ tiện lợi, đáp ứng
vụ nhu cầu và khả năng lưu trữ của người sử dụng đang là vấn đề phức tạp phải giải quyết của các nhà cung cấp Cloud Computing Service
4 So sánh với kiến trúc client/server truyền thống
Điện toán đám mây "mở" hơn, quan trọng hơn, giá rẻ hơn,.v.v Như vậy rất tiện lợi cho các doanh nghiệp và tổ chức hoạt động vì giảm chi phí Để trả lời ngắn gọn câu hỏi: “Điện toán đám mây có thật sự hữu ích cho một tổ chức, công ty hay không?” chúng ta phải xem xét: quy mô, hình thức hoạt động,v.vv Đặc biệt nếu dữ liệu là vô cùng quan trọng đối với họ, chắc hắn người ta sẽ xây dựng một hệ thống lưu trữ riêng và nó sẽ vận hành theo mô hình clien/server truyền thống Đối với các doanh nghiệp nhỏ mà dữ liệu không quan trọng lắm, điện toán đám mây sẽ là giải pháp tối
ưu do họ không phải chi phí đầu tư, quản lý, bảo trì, vận hành hệ thống lưu trữ
Trang 9Điện toán đám mây có bốn tính chất nổi bật so với mô hình truyền thống
1 Khả năng co giãn
(Rapid elasticity)
Điện toán đám mây có khả năng tự động mở rộng hoặc thu nhỏ hệ thống theo yêu cầu người dùng (hệ thống
sẽ tự mở rộng hoặc thu hẹp bằng cách thêm hoặc giảm bớt tài nguyên) Một người dùng
ký hợp đồng thuê một Server gồm 4 CPU Nếu lượng truy cập thấp chỉ cần 1 CPU là đủ, khi đó hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự ngắt bớt 3 CPU, người dùng không phải trả phí cho 3 CPU nói trên và chúng được đưa sang phục vụ người dùng khác Đến khi nhu cầu tăng tức là lượng truy cập tăng, hệ thống ngay lập tức sẽ tự động thêm CPU vào, nếu nhu cầu vượt quá 4 CPU thì người dùng trả phí theo hợp đồng đã
ký với nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây
Ở mô hình truyền thống thì việc nâng cấp
hệ thống xảy ra rất khó khăn và tốn rất nhiều chi phí ( mua thiết bị, lắp đặt ) Khi hệ thống của bạn chạy không hết công suất thì bạn cũng không thể giảm chất lượng hay số lượng thiết bị và tài nguyên xuống được vì như vậy hệ thống của bạn sẽ rất dễ gặp sự cố trong quá trình vận hành, từ đó cho thấy một sự lãng phí rất lớn khi sử dụng mô hình truyền thống
tăng – giảm thời gian sử dụng server và dung lượng lưu trữ, v.v mà không cần phải trực tiếp yêu cầu nhà cung cấp dịch vụ, tức là mọi nhu cầu khách hàng đều được xử lý trên internet
Bạn sẽ phải liên hệ trực tiếp với nhà cung cấp server/ hosting mà bạn đang sử dụng
3 Truy xuất: Người dùng có kết nối
internet là có thể sử dụng dịch
vụ, dịch vụ điện toán đám mây không yêu cầu người dùng phải có khả năng xử lý cao, người dùng có thể truy xuất bằng các thiết bị di dộng như điện thoại, PDA và laptop
Một số doanh nghiệp sử dụng mô hình truyền thống nhưng đặt server tại chính nơi làm việc thì
có thể không cần internet các hoạt động vẫn diễn ra bình thường, tuy nhiên các
Trang 10ứng dụng chạy trên mô hình truyền thống đa
số chỉ chạy được trên máy tính cá nhân
4 Dùng chung tài
nguyên và điều tiết
dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ cho phép người dùng dùng chung tài nguyên do họ cung cấp, tài nguyên được phân phát rất linh hoạt tùy theo nhu cầu của người dùng Khi nhu cầu của một người dùng nào đó giảm xuống, lập tức phần tài nguyên dư thừa sẽ được phục
vụ cho người dùng khác Nếu một người dùng 4 CPU từ 7 - đến 11 giờ hàng ngày, một người dùng khác thuê 4 CPU tương tự 13 giờ đến 17 giờ hàng ngày thì họ có thể dùng chung 4 CPU đó Cloud Computing Service dựa trên công nghệ ảo hóa, tài nguyên
ở đây đa phần là tài nguyên
ảo, chúng được cấp phát linh hoạt tùy theo nhu cầu (động) của từng người dùng khác nhau, nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ nhiều người dùng hơn so với cách cấp phát tài nguyên (tĩnh) truyền thống
Hệ thống Cloud Computing Service tự động kiểm soát và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên bao gồm: dung lượng lưu trữ, đơn vị xử lý, băng thông v.v…
Các nhà cung cấp
sử dụng mô hình truyền thống không thể nào thực hiện việc linh động tài nguyên như
mô hình điện toán đám mây Giả sử bạn thuê một máy chủ đặt ở Mắt bão thì chỉ có bạn mới
có quyền sử dụng nó, khi bạn không sử dụng thì nhà cung cấp cũng không có quyền cấp hay chia sẻ máy chủ này với bất cứ khách hàng nào khác
II Cấu trúc và cách thức hoạt động của "Điện toán đám mây"
1 Cấu trúc phân lớp của mô hình Điện toán đám mây
Về cơ bản, “điện toán đám mây” được chia ra thành 5 lớp riêng biệt, có tác động qua lại lẫn nhau:
Trang 11a Client (Lớp Khách hàng):
Lớp Client của điện toán đám mây bao gồm phần cứng và phần mềm, để dựa vào
đó, khách hàng có thể truy cập và sử dụng các ứng dụng/dịch vụ được cung cấp từ điện toán đám mây Chẳng hạn máy tính và đường dây kết nối Internet (thiết bị phần cứng) và các trình duyệt web (phần mềm)…
b Application (Lớp Ứng dụng):
Lớp ứng dụng của điện toán đám mây làm nhiệm vụ phân phối phần mềm như một dịch vụ thông quan Internet, người dùng không cần phải cài đặt và chạy các ứng dụng đó trên máy tính của mình, các ứng dụng dễ dàng được chỉnh sữa và người dùng
dễ dàng nhận được sự hỗ trợ Các đặc trưng chính của lớp ứng dụng bao gồm :
• Các hoạt động được quản lý tại trung tâm của đám mây, chứ không nằm ở phía khách hàng (lớp Client), cho phép khách hàng truy cập các ứng dụng từ xa thông qua Website
• Người dùng không còn cần thực hiện các tính năng như cập nhật phiên bản, bản vá lỗi, download phiên bản mới… bởi chúng sẽ được thực hiện từ các
“đám mây”
c Platform (Lớp Nền tảng):
Cung cấp nền tảng cho điện toán và các giải pháp của dịch vụ, chi phối đến cấu trúc hạ tầng của “đám mây” và là điểm tựa cho lớp ứng dụng, cho phép các ứng dụng hoạt động trên nền tảng đó Nó giảm nhẹ sự tốn kém khi triển khai các ứng dụng khi người dùng không phải trang bị cơ sở hạ tầng (phần cứng và phần mềm) của riêng mình
Trang 12d Infrastructure (Lớp Cơ sở hạ tầng):
Cung cấp hạ tầng máy tính, tiêu biểu là môi trường nền ảo hóa Thay vì khách hàng phải bỏ tiền ra mua các server, phần mềm, trung tâm dữ liệu hoặc thiết bị kết nối… giờ đây, họ vẫn có thể có đầy đủ tài nguyên để sử dụng mà chi phí được giảm thiểu, hoặc thậm chí là miễn phí Đây là một bước tiến hóa của mô hình máy chủ ảo (Virtual Private Server)
e Server (Lớp Server - Máy chủ):
Bao gồm các sản phẩm phần cứng và phần mềm máy tính, được thiết kế và xây dựng đặc biệt để cung cấp các dịch vụ của đám mây Các server phải được xây dựng
và có cấu hình đủ mạnh (thậm chí là rất may) để đám ứng nhu cầu sử dụng của số lượng động đảo các người dùng và các nhu cầu ngày càng cao của họ
2 Cách thức hoạt động của Điện toán đám mây :
Để hiểu cách thức hoạt động của “đám mây”, tưởng tượng rằng “đám mây” bao
Bởi vì các máy tính trên “đám mây” được thiết lập để hoạt động cùng nhau, do vậy các ứng dụng có thể sử dụng toàn bộ sức mạnh của các máy tính để có thể đạt được hiệu suất cao nhất Điện toán đám mây cũng đám ứng đầy đủ tính linh hoạt cho người dùng Tùy thuộc vào nhu cầu, người dùng có thể tăng thêm tài nguyên mà các
